专利名称：冲击工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及经由减速机构使工具头旋转的冲击工具。更具体地说，本发明意在提 供这样的冲击工具，通过设计电动机驱动控制和驱动简单的打击机构，该冲击工具能够高 效地执行打击操作。
背景技术：
冲击工具使用电动机作为驱动源以驱动旋转打击机构部分，从而向砧施加旋转力 和打击力，然后将旋转打击力间歇地传递给工具头，以执行螺钉紧固等。近年来，广泛地使 用无刷直流电动机作为驱动源。无刷直流电动机是例如不具有电刷(换向电刷)的DC(直 流)电动机，在定子侧使用线圈(绕组)，在转子侧使用磁体(永磁体)。由逆变电路提供 的电功率被连续地供应至预定的线圈以使转子旋转。逆变电路由诸如FET(场效晶体管) 或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等大输出晶体管形成，并且由大电流驱动。与有刷直流电 动机相比，无刷直流电动机的扭矩特性优异，因此，能够以较强的力紧固螺丝、螺钉等以固 定工件。
现有技术(例如JP-A-2008-307664)披露了使用无刷直流电动机的冲击工具的 实例。根据现有技术，提供了连续旋转型打击机构部分。当旋转力经由驱动传动机构部分 (减速机构部分)施加到心轴上时，使能够沿心轴的旋转轴线方向移动的锤旋转，从而使与 锤接触的砧旋转。锤与砧均具有在旋转平面上的两个位置彼此对称地设置的两个捶打凸起 部分(打击部分)。这些凸起部分设置为能够沿旋转方向彼此接合，并且通过凸起部分的 相互接合传递旋转打击力。使锤可以在围绕心轴的环形区域内相对于心轴沿轴向滑动，并 且在锤的内周面上设置有具有倒V形(接近三角形)形状的凸轮槽。在心轴的外周面上沿 轴向设置有V形凸轮槽。锤借助插设在该凸轮槽与设置在锤的内周的凸轮槽之间的球(钢 球)而旋转。
在现有技术的驱动传动机构部分中，心轴与锤借助设置在凸轮槽中的球支撑，并 且锤构造为借助设置在锤的后方的弹簧可以相对于心轴沿轴向向后移动。因此，用于心轴 和锤的部件的数量增加，并且由于需要改进心轴与锤之间的安装精度，制造成本变高。
此外，在现有技术中，无论在锤进行打击时工具头的负载状况如何，供应给电动机 的驱动电功率都是恒定的。从而，即使在轻载状态下也使用大的紧固扭矩执行打击。这导 致向电动机供应了过量的电功率，并且造成了功耗的浪费。
鉴于上述背景技术做出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种冲击工具， 其构造为通过使用新颖的打击机构和通过重复其电动机的正转与反转来使工具头旋转。
本发明的另一个目的是提供一种冲击工具，其特征在于，使用具有霍尔元件的无 刷电动机作为驱动源；以及，使用霍尔元件的输出信号控制在锤打击砧之前的锤旋转的旋 转角度，以便可靠地获得锤的最大反转行程并为输出高扭矩而执行最佳打击控制。
本发明的又一个目的是提供一种冲击工具，该冲击工具能够通过执行下述控制来 抑制过大的电动机电流和反作用力在接近锤打击砧的时刻停止提供用于使电动机旋转的 电功率。
本发明的又一个目的是提供一种冲击工具，该冲击工具执行稳定的打击操作，以 便抑制在锤的正转开始时和反转开始时电流的升高。
本发明的又一个目的是提供一种冲击工具，该冲击工具通过在锤的正转开始时和 反转开始时灵活地控制PWM控制的占空比来抑制过大的电动机电流。发明内容
下面对本申请所要披露的本发明的一些典型方面的特征进行描述。
根据本发明的一个方面，提供一种冲击工具，包括电动机，该电动机包括转子， 定子，以及检测装置，该检测装置检测所述转子的旋转位置；锤，该锤受所述电动机的驱动 而旋转；砧，该砧构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及输出轴，该输出轴与所 述砧连接；其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿正转方向旋 转第二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且基于旋转角度控制所述第一预定量和所述第 二预定量，所述旋转角度是基于所述检测装置的输出而获得的。
根据本发明的另一个方面，提供一种冲击工具，包括电动机；锤，该锤与所述电 动机连接；砧，该砧由所述锤驱动旋转；以及控制部分，该控制部分用于控制所述电动机的 旋转，其中，所述锤打击所述砧，以便旋转所述砧，并且在接近所述锤打击所述砧的定时，所 述控制部分停止向所述电动机供应驱动电压。
根据本发明的另一个方面，提供一种冲击工具，包括电动机；锤，该锤受所述电 动机的驱动而旋转；砧，该砧构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及输出轴，该 输出轴与所述砧连接，其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿 正转方向旋转第二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且在紧接在切换所述电动机的旋转 方向以使所述锤沿反转方向或沿正转方向旋转之后的预定的时间段里，限制脉冲宽度调制 控制的占空比，使得所述脉冲宽度调制控制的占空比从0%起逐渐地增大，并且在所述占空 比已达到限制值之后，以所述限制值的占空比在所述预定的时间段里驱动所述电动机。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的冲击工具I的总体结构的纵向剖视图2是示出图1所示的行星齿轮减速机构20和打击机构50周围的区域的放大剖 视图3是示出图1所示的二级行星齿轮托架组件51和砧61的形状的分解透视图 (第I部分)；
图4是示出图1所示的二级行星齿轮托架组件51和砧61的形状的分解透视图 (第2部分)；
图5(5A、5B、5C、5D、5E、5F)是在图2中的线A-A的截面上，以六个阶段为一次旋转 操作，示出锤52和53与打击爪64和65之间的打击操作的视图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于冲击工具的电动机3的驱动控制系 统的功能框图7(7A、7B、7C、7D)是解释当根据本发明的示例性实施例的冲击工具在“间歇驱 动模式”下操作时的电动机控制的视图8是示出控制根据本发明的示例性实施例的冲击工具的电动机的过程的流程 图9 (9A、9B)是示出了根据本发明的示例性实施例的从转子位置检测电路74输出 并且用于控制电动机3的检测到的脉冲的波形，还示出了根据本发明的示例性实施例的施 加在电动机3上的电压的施加状态的示意图；以及
图10(10A、10B)是示出了根据本发明第二示例性实施例的从转子位置检测电路 74输出并且用于控制电动机3的检测到的脉冲的波形，还示出了根据本发明第二示例性实 施例的施加在电动机3上的电压的施加状态的示意图。
图11(11A、11B、11C、11D、11E)是示出根据本发明第三示例性实施例的当电动机3 受驱动控制时的电动机旋转速度、PWM控制占空、打击扭矩、锤旋转角度和电动机电流的状 态的不意图；以及
图12是示出控制根据本发明第三示例性实施例的冲击工具I的电动机的过程的 流程图。
具体实施方式
第一示例性实施例
下面将基于附图对根据本发明的示例性实施例进行描述。将下述描述中的方向 上、下、前和后定义为图1所示的方向。
图1是示出根据本发明的冲击工具I的总体结构的纵向剖视图。在冲击工具I中， 可充电电池组2用作电源，电动机3用作驱动打击机构50的驱动源，并且旋转力和打击施 加在用作输出轴的砧61上，从而将连续旋转力或间歇打击力传递至诸如起子头等工具头 (未示出)，以紧固螺丝、螺栓等。
电动机3 (无刷直流电动机)容纳在外壳6的近似圆筒形的主体部分6a的内部， 从侧面观察，外壳6具有近似T形的形状，从而旋转轴4的轴向对准前后方向。外壳6构造 为可拆分为彼此几乎对称的左、右两个部件，并且使用多个螺钉(未示出)将这些部件相互 固定。从而，在可拆分外壳6的一个部件(在本例性实施例中为左外壳部件)上形成有 多个螺钉凸起1%，并且在可拆分外壳6的另一个部件(右外壳部件)(未示出)上形成有 多个螺孔。电动机3的旋转轴4以可旋转方式由设置在主体部分6a的后端侧上的轴承17b 和设置在主体部分6a的接近中心部分的轴承17a支撑。电动机3的后面设置有逆变PC板 10，逆变PC板10上安装有6个开关装置，并且使用这些开关装置11执行逆变控制以使电 动机3旋转。在逆变PC板10的前侧并且在与转子的永磁体相对的位置安装有用于检测转 子位置的诸如霍尔IC等旋转位置检测装置(未示出)。
在从外壳6的主体部分6a沿大致垂直的方向一体地向下延伸的握持部分6b的内侧上部设置有触发开关8、触发操作部分8a和正转/反转切换杆14，并且用于触发开关8 的触发操作部分8a受到弹簧(未示出)的偏压从而从握持部分6b突出来。LED 12被支 撑在与主体部分6a的末端侧连接的锤壳7的下方的位置。LED 12构造为当用作工具头的 钻头(未示出)插入到将在后面进行描述的插孔62a中时，LED 12可以照射钻头前端周围 的区域。在握持部分6b内侧下部和电池支撑部分6c的内部容纳有具有控制电路的控制电 路PC板9，控制电路配备有一些功能，例如根据触发操作部分8a的操作控制电动机3的速 度的功能。在控制电路PC板9的前上侧设置有用于设定冲击工具I的操作模式的旋转拨 盘开关5，并且旋转拨盘开关5安装为拨盘开关5的整个或部分拨盘露在外壳6的外部。利 用该拨盘开关5可以切换多个操作模式。例如，操作模式可以切换为“钻模式(不含离合机 构)”、“钻模式(含离合机构)”或“冲击模式”。在“冲击模式”下，优选使用能够阶梯式或 连续变化地设定打击扭矩的强度的构造。优选的是，在外壳6的一部分上设置有诸如液晶 显示部分或LED显示部分等显示部分，并且显示部分指示使用拨盘开关5设定的模式(尽 管在图1中未示出该显示部分)。
在外壳6的电池支撑部分6c上可移除地安装有包括诸如镍氢电池单元或锂电池 单元等多个电池单元的电池组2，电池支撑部分6c形成在握持部分6b的下方。电池组2设 置释放按钮2a。可以通过在按压设置在左右两侧的释放按钮2a的同时向前移动电池组2 而从电池支撑部分6c上移除电池组2。电池支撑部分6c的后侧安装有带条92。可以在电 池支撑部分6c的左侧或右侧以可移除的方式安装可移除的金属带钩91。
在电动机3的前方设置有安装在旋转轴4上并与电动机3同步旋转的冷却风扇 18。无论冷却风扇18的旋转方向如何，冷却风扇是吸入旋转轴4周围的空气并沿着径向向 外排出空气的离心式风扇。由冷却风扇18从设置在主体部分6a的后部的空气入口 13a和 13b吸入空气。被吸入外壳6的外部空气经过电动机3的转子与定子之间的间隙以及定子 的磁极之间的间隙到达冷却风扇18，并从形成在冷却风扇18的径向外周侧周围的多个出 气口(未示出)排出至外壳6的外部。
打击机构50由两个部件形成砧61和二级行星齿轮托架组件51。二级行星齿轮 托架组件51与行星齿轮减速机构20的二级行星齿轮的旋转轴连接，并且具有用于打击砧 61的锤(将在后面进行描述)。与目前广泛使用的公知的打击机构不同，打击机构50没有 配备由心轴、弹簧、凸轮槽、球等形成的凸轮机构。此外，砧61和二级行星齿轮托架组件51 彼此连接，使得利用形成在旋转中心附近的插轴和插孔仅能够进行小于半圈的相对旋转。 砧61与插有工具头(未示出)的冲击工具I的输出轴部分形成为一体，并且其前端形成有 在与轴向相垂直的截面上具有六边形的形状的插孔62a。然而，砧61与插有工具头的输出 轴可以由独立部件形成并连接。砧61的后侧与二级行星齿轮托架组件51的插轴连接，并 且被支撑为能够通过位于中间区域的金属16a围绕锤壳7沿轴向旋转。在砧61的末端设 置有套管15，从而能够非常容易地安装和移除工具头。下面将描述砧61和二级行星齿轮托 架组件51的详细形状。
锤壳7由金属形成并整体成型以容纳打击机构50和行星齿轮减速机构20，并且 锤壳7安装在外壳6内部的前侧。锤壳7用于经由支承机构支撑砧61，并且锤壳7固定为 由左右分离型制造的外壳6完全地覆盖。由于锤壳7能够由如上文所述的外壳6牢固地支 撑，因此可以防止在砧61的支承部分发生松动，并且可以延长冲击工具I的使用寿命。
当触发操作部分8a被拉动并且电动机3启动时，由行星齿轮减速机构20降低电 动机3的旋转速度，并且二级行星齿轮托架组件51以相对于电动机3的旋转速度具有预定 比例的旋转速度旋转。当二级行星齿轮托架组件51旋转时，其旋转力经由设置在二级行星 齿轮托架组件51中的锤传递至砧61，并且砧61以与二级行星齿轮托架组件51相同的旋转 速度开始旋转。当由工具头所施加的反作用力增加了施加在砧61上的力时，控制部分(将 在后面进行描述)检测到紧固反作用力的增加，改变二级行星齿轮托架组件51的驱动模 式，并且在电动机3的旋转停止和锁定之前间歇地驱动锤。
图2是示出图1所示的打击机构50周围的区域的放大剖视图。根据本示例性实 施例的行星齿轮减速机构20是行星型的，具有两个减速机构部分，即第一减速机构部分和 第二减速机构部分，并且每个减速机构部分由中心齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮形成。在 电动机3的旋转轴4的末端安装有第一小齿轮29，第一小齿轮29用作第一减速机构部分的 驱动部分(输入轴)。多个第一行星齿轮33围绕第一小齿轮29而设置，并在第一环形齿 轮28的内周侧上旋转。由具有行星齿轮托架功能的第一行星齿轮组件30支撑用作多个第 一行星齿轮33的旋转轴的针销34a。第一行星齿轮组件30用作第二减速机构部分的输入 轴，而第二小齿轮35形成在第一行星齿轮组件30的前部中心部分附近。
多个二级行星齿轮56围绕第二小齿轮35而设置，并在第二环形齿轮40的内周侧 上旋转。由二级行星齿轮托架组件51支撑用作多个二级行星齿轮56的旋转轴的针销57。 二级行星齿轮托架组件51具有用作两个打击爪的锤，这两个打击爪与形成在砧61上的打 击爪对应。用作二级减速机构部分的输出部分的二级行星齿轮托架组件51沿着与电动机 3的旋转方向相同的方向以预定的减速比旋转。仅根据紧固的主要对象(螺钉或螺栓)、电 动机3的输出、所需的紧固扭矩的大小等恰当地设定减速比。在本示例性实施例中，减速比 被设定为使得二级行星齿轮托架组件51的旋转速度大致为电动机3的旋转速度的1/8至 1/15。
在主体部分6a内部、冷却风扇18的前方设置有内盖21。内盖21由整体成型的 诸如塑料等合成树脂制成，并且内盖21沿着外壳6的内壁安装。在内盖21的后侧形成有 筒形部分，并且筒形部分支撑轴承17a的外圈，以便以可旋转的方式固定电动机3的旋转轴 4。此外，具有三个不同直径的筒形部分以阶梯状设置在内盖21的前侧，用作轴承的筒形金 属16b设置在位于后侧的小直径部分，第一环形齿轮28插入位于中间区域的中直径部分， 而第二环形齿轮40和推力轴承45容纳在位于前侧的大直径部分。在本示例性实施例中， 设置在锤后面的推力轴承45的后侧由第二环形齿轮40固定，从而间接地由外壳6支撑。 然而，不限于该构造，还可以使用后侧由内盖21支撑或者直接地由外壳6支撑的构造。除 了小直径部分、中直径部分和大直径部分之外，还形成有用于支撑垫圈等的略微台阶部分 (将在后面进行描述)，但是这些略微台阶部分在此不做描述。第一环形齿轮28安装为不 能相对于内盖21转动，并且第二环形齿轮40安装为能够沿径向稍微转动但是基本不能相 对于内盖21转动。由于内盖21安装在外壳6的主体部分6a的内部并且不能转动,所以第 一环形齿轮28和第二环形齿轮40最终以不可转动的状态固定在外壳6上。
内盖21的大内经部分通过设置在锤壳7的后侧的开口插入到锤壳7内部，因此， 由第一减速机构部分和第二减速机构部分形成的行星齿轮减速机构20和由锤52和53以 及砧61形成的打击机构50最终容纳在由内盖21和锤壳7所限定的空间内。从而，该构造能够有效地防止用于润滑第一和第二减速机构以及打击机构的油脂等向外流动，并且能够 允许减速机构部分和打击机构长时间地稳定操作。在本示例性实施例中，尽管在内盖21与 锤壳7之间的轴向连接部分处(内盖21的前端侧或锤壳7的后端侧上)没有设置密封部 件，也可以使用在该部分处设置诸如O型环等密封部件的构造。
接下来，参考图3和图4描述构成打击机构50的二级行星齿轮托架组件51和砧 61的具体结构。图3是示出二级行星齿轮托架组件51和砧61的形状的透视图，二级行星 齿轮托架组件51是从斜前侧看到的，砧61是从斜后侧看到的。图4是示出二级行星齿轮 托架组件51和砧61的形状的透视图，二级行星齿轮托架组件51是从斜后侧看到的，砧61 是从斜前侧看到的。在二级行星齿轮托架组件51中，整体形成的盘形部件54用作基础部 件，沿轴向向前突伸的两个锤52和53形成在盘形部件54上的两个相对的位置。锤52和 53用作打击部分(打击爪)。沿锤52的周向形成有打击面52a和52b，并且沿锤53的周向 形成有打击面53a和53b。打击面52a、52b、53a和53b均形成为平面，并且还形成为使面恰 当地与将在后面进行描述的站61的被打击面接触。凸起部分56a和插轴56b形成为从盘 形部件54的中心轴线区域向前延伸。在盘形部件54的后侧的外周附近形成有用于与推力 轴承45形成接触的环形接触面54a。
在盘形部件54的后侧形成有具有行星齿轮托架作用的两个盘部件55a和55b，并 且还形成有用于将盘部件55a和55b连接在沿周向的三个位置处的连接部分55c。在盘部 件55a和55b的周向上的三个位置处分别形成有通孔55d和55e，在盘部件55a和55b之间 设置有三个二级行星齿轮56 (参加图2)，并且在通孔55d和55e内插有用作二次行星齿轮 56的旋转轴的针销57 (参加图2)。围绕位于后侧的盘部分55b的中心轴线形成有圆形切 孔55f。第二小齿轮35穿过切孔55f并与二级行星齿轮56接合。由金属制成且具有一体 结构的二级行星齿轮托架组件51在强度和重量上是优选的。类似地，由金属制成且具有一 体结构的砧61在强度和重量上是优选的。
在砧61中，在筒形输出轴部分62的后侧形成有盘部分63，并且沿该盘部分63的 外周方向形成有两个打击爪64和65。在打击爪64的两个周侧上均形成有被打击面64a和 64b。类似地，在打击爪65的两个周侧上均形成有被打击面65a和65b。在盘部分63的中 心形成有插孔63a,并且插轴56b插入到插孔63a中以便以可旋转的方式与插孔63a连接, 从而获得了使二级行星齿轮托架组件51和砧61在与电动机3的旋转轴4同轴且从该旋转 轴4延伸出的直线上彼此相对地旋转的结构。
当二级行星齿轮托架组件51沿着正向(紧固螺钉等的方向)旋转时，打击面52a 与被打击面64a接触，并且与此同时,打击面53a与被打击面65a接触。此外，当二级行星 齿轮托架组件51沿着反向(松开螺钉等的旋转方向)旋转时，打击面52b与被打击面65b 接触，并且与此同时，打击面53b与被打击面64b接触。由于锤52和53的形状以及打击爪 64和65的形状被确定为使得上述接触时刻相同，所以在相对于旋转轴线的中心对称的两 个位置发生打击，并因此能够获得在打击的时刻合适地保持平衡且冲击工具I在打击的时 刻不会晃动的构造。
图5(5A、5B、5C、5D、5E、5F)是示出锤52和53与打击爪64和65旋转一周的六个阶 段的使用状态的剖视图。附图中的截面是沿着与轴向垂直的平面并且沿着图2中的线A-A 截取的。在图5中，锤52和53与盘部分55a —体地旋转(在驱动侧)，并且打击爪64和65也一体地旋转(在被驱动侧)。在图5A所示的状态下，当来自工具头的紧固扭矩小时， 打击爪64和65受锤52和53的推压并且沿逆时针方向旋转。然而，在紧固扭矩较大并且 打击爪64和65不能仅靠锤52和53施加的力旋转时，电动机开始反转，并且使锤52和53 沿着反转方向旋转。在图5A所示的状态下，电动机开始反转，并且锤52和53沿着如图5B 所示的箭头58a指示的方向旋转。
当电动机沿着反转方向旋转直至达到预定的旋转速度时，电动机3的驱动停止。 当锤52和53借助惯性继续沿反转方向旋转并且到达图5C所示并由箭头58b指示的位置 (沿反转方向的停止位置)时，也就是说，当电动机3到达图5C所示并由箭头58b指示的位 置时，其中该位置为电动机3向后扫过预定的旋转角度(空转角度c’，将在下文中对其进行 描述)，向电动机3通驱动电流，以便沿正转方向驱动电动机，并且锤52和53沿着箭头59a 指示的方向(正转方向)开始旋转。当锤52和53沿着反转方向旋转时，重要的是在预定 的位置将锤52和53可靠地停止，使得锤52不与打击爪65相碰撞且使得锤53不与打击爪 64相碰撞。应当将锤52和53的停止位置设定在锤52和53与打击爪64和65相碰撞的 位置之前的任何期望的位置。然而，当所需的紧固扭矩大时，应当使反转角度较大。使用电 动机3的旋转位置检测装置的输出信号执行对停止位置的控制，并且将对控制方法进行描 述。
然后，使锤52和53沿着如图所示的箭头59b指示的方向加速。当使锤52和 53如箭头59c所示地加速时，锤52的打击面52a与打击爪64的被打击面64a在图5E所示 的位置相碰撞。与此同时，锤53的打击面53a与打击爪65的被打击面65a碰撞。由于该 碰撞，强的旋转扭矩被传递至打击爪64和65，并且打击爪64和65沿着箭头59d指示的方 向旋转。在图5F所示的位置，锤52和53和打击爪64和65已从图5A所示的状态起旋转 了预定的角度。再次重复从图5A所示的状态到图5E所示的状态的正转和反转操作，从而 紧固待紧固的部件，直至获得合适的扭矩。
接下来，基于图6描述电动机3的驱动控制系统的构造与运转。图6是示出电动 机3的驱动控制系统的构造的框图，根据本示例性实施例的电动机3是由三相无刷直流电 动机形成的。该无刷直流电动机是所谓的内转子型，并且具有转子3a，其构造为包括多组 (本示例性实施例中为两组)具有N极和S极的永磁体；定子3b，其由星形连接的三相定子 绕组U、V和W构成；以及三个旋转位置检测装置(霍尔元件)78，其例如以60度的间隔设 置，以检测转子3a的旋转位置。基于来自旋转位置检测装置78的位置检测信号控制施加 在定子绕组U、V和W上的电流的方向和持续时间，并且使电动机3旋转。
在安装于逆变PC板10上的电子元件中包括六个开关装置Ql至Q6，例如三相桥式 连接的FET。六个桥式连接的开光装置Ql至Q6的栅极与安装在控制电路PC板9上的控制 信号输出电路73连接，并且六个开关元件Ql至Q6的漏极或源极分别与星形连接的定子绕 组U、V和W连接。对于该构造，六个开关装置Ql至Q6根据从控制信号输出电路73输出的 开关装置驱动信号(诸如H4、H5和H6等驱动信号)执行开关操作，从而将施加在逆变电路 72上的电池组2的直流电压转换为三相(U相、V相和W相)电压Vu、Vv和Vw，并且将这些 电压施加在定子绕组U、V和W上以供应电功率。
在用于驱动六个开关装置Ql至Q6的各个栅极的开关装置驱动信号(三相信号) 中，用于三个负电源侧开关装置Q4、Q5、Q6的各个栅极的驱动信号供应为脉冲宽度调制信号(PWM信号)H4、H5、H6。安装在控制电路PC板9上的计算单元71基于与触发开关8的 触发操作部分8a的操作量(行程)对应的检测信号改变PWM信号的脉冲宽度(占空比)， 从而调节供应给电动机3的电功率供应量并控制电动机3的启动/停止操作和旋转速度。
在本构造中，PWM信号被供应至逆变电路72的正电源侧开关装置Ql至Q3或负电 源侧开关装置Q4至Q6，并且使开关装置Ql至Q3或开关装置Q4至Q6进行快速开关，从而 控制从电池组2 (直流电压)供应至定子绕组U、V和W的电功率。在本示例性实施例中，由 于PWM信号被供应至负电源侧的开关元件Q4至Q6，因此，通过控制PWM信号的脉冲宽度调 节供应至定子绕组U、V、W的电功率。因此，可以控制电动机3的旋转速度。
冲击工具I设置有用于切换电动机3的旋转方向的正转/反转切换杆14。每次正 转/反转切换杆14的变化被检测到时，旋转方向设定电路82切换电动机3的旋转方向并将 其控制信号传送至计算单元71。尽管未示出，但是计算单元71由以下元件形成中央处理 单元(CPU)，用于基于处理程序和数据输出驱动信号；R0M，用于存储处理程序和控制数据； RAM，用于临时地存储数据；计时器，等等。
计算单元71生成驱动信号，以便基于旋转方向设定电路82和转子位置检测电路 74的输出信号交替切换预定的各个开关元件Ql至Q6，并且将驱动信号输出至控制信号输 出电路73。从而，为预定的各个定子绕组U、V和W交替执行通电，以便使转子3a沿预定的 旋转方向旋转。在这种情况下，基于施加电压设定电路81的输出控制信号将施加在负电源 侧开关装置Q4至Q6上的驱动信号输出为PWM调制信号。电流检测电路79测量供应至电 动机3的电流的值，并且该值被反馈至计算单元71并被调节，从而获得预定的驱动电功率。 PWM信号可以施加在正电源侧开关装置Ql至Q3上。
接下来，对驱动根据本示例性实施例的冲击工具I的方法进行描述。根据本示例 性实施例的冲击工具I构造为砧61与锤52和53能够在小于180度的旋转角度范围内相 对旋转。因此，锤52和53不能相对于砧61旋转半周或更多，并且对旋转的控制变得特别。
在根据本示例性实施例的冲击工具I中，当以冲击模式执行紧固时，首先以“连续 驱动模式”执行紧固。当所需的紧固扭矩的值变大时，模式切换为“间歇驱动模式”并且执 行紧固。在“连续驱动模式”下，计算单元71基于电动机3的目标旋转速度控制电动机3。 从而，电动机3加速，直至其旋转速度达到目标旋转速度，并且砧61在被锤52和53推压的 同时旋转。此后，当来自安装在砧61上的工具头的紧固反作用力变大时，从砧61传递至锤 52和53的反作用力变大，并且电动机3的旋转速度逐渐减小。继而检测到该旋转速度的减 小，并且开始“间歇驱动模式”，以使电动机3沿反转方向旋转。
间歇驱动模式是这样的模式其中电动机3不是被连续地驱动而是被间歇地驱 动，并且电动机3被脉动式驱动，使得“正转驱动和反转驱动”重复多次。在本说明书中，“脉 动式驱动”这一表述指的是通过使施加在逆变电路72上的门信号发生脉动而使供应至电动 机3的驱动电流脉动，从而执行驱动控制以使电动机的旋转速度或输出扭矩脉动。脉动周 期例如大致为几十Hz至一百几十Hz。可以在切换正转驱动与反转驱动的时刻设置停歇时 间，或者可以在无停歇时间的情况下执行切换。在驱动电流的ON状态时执行PWM控制，以 执行电动机3的旋转速度控制，然而，脉动周期远小于PWM控制中的占空比控制的周期(通 常为若干kHz)。
图7(7A、7B、7C、7D)是解释当以“间歇驱动模式”操作根据本发明的冲击工具I时的电动机控制的示意图。图7A至图7D的四幅图的水平轴表示经过的时间t (秒)，并且如图所示，各幅图的水平轴彼此对齐。在间歇驱动模式下，锤52和53相对于砧61沿反转方向旋转足够的角度，然后沿正转方向加速并与砧61强烈地碰撞。通过如上文所述地沿反转方向和正转方向驱动锤52和53，在砧61上产生了强的紧固扭矩。
图7A是示出锤52和53的旋转角度，即二级行星齿轮托架组件51的旋转角度的示意图。竖直轴表示锤52和53的旋转角度(单位rad)。当冲击工具的旋转在时间O开始时，从时间O到时间tl，以“连续驱动模式”执行旋转。计算单元71周期性地获取以“连续驱动模式”旋转的锤52和53的旋转角度变化率(=Λ θ / Λ t)，并监视该变化率。由于转子位置检测电路74基于旋转位置检测装置78的输出信号以预定的间隔将检测到的脉冲输出至计算单元71，计算单元71可以通过监视检测到的脉冲的数量计算锤52和53的旋转角度变化率。在本示例性实施例中，由于诸如霍尔IC等旋转位置检测装置78以作为旋转角度的60度的间隔设置，因而，从转子位置检测电路74输出的检测到的脉冲以作为转子 3a旋转角度的60度间隔输出。在示例性实施例中，转子3a的旋转速度通过行星齿轮减速机构20以预定的减速比(在本示例性实施例中为1: 15)减小。当假设加速比为1: 15 时，旋转位置检测装置78检测到的脉冲以作为锤52和53的旋转角度的4度间隔输出。从而，在“间歇驱动模式”下，计算单元71可以通过对转子位置探测电路74检测到的脉冲进行计数来检测锤52和53相对于砧61的相对旋转角度。
在图7A中的时间tl，待紧固的螺栓等就位，并且锤52和53的旋转角度变化率明显地减小。此时，在锤52和53上产生轻微的打击扭矩111。在从时间tl到时间t2的时间段里，当计算单元71已检测出旋转角度变化率变得小于预定的阈值时，停止向电动机3供应正转驱动电压121,并且在时间t2开始供应反转驱动电压122。通过从计算单元71 (参见图6)向控制信号输出电路73 (参见图6)发送负驱动信号来执行反转驱动电压122的供应。通过切换从控制信号输出电路73输出至开关装置Ql至Q6的驱动信号(0N/0FF信号) 的模式来实现电动机3的正转和反转。在使用逆变电路72的电动机3的旋转驱动中，所施加的电压不会从正值变成负值，而只是改变了供应至线圈的驱动电压的顺序。然而，正向/ 反向施加的电压被分为+和-电压并且在图7C中示意性地表示，使驱动的旋转方向能够容易被理解。
通过供应反转驱动电压122使电动机3开始反转，从而锤52和53也开始反转(如箭头102指示)。在该反转期间，由于锤52和53远离砧61的打击爪64和65而移动，所以旋转在无负载的状态下执行，因此锤52和53沿反转方向明显地旋转。接下来，当锤52和 53的旋转角度的减小量在时间t3已达到预定的阈值c时，开始向电动机3供应正转驱动电压123。通过供应正转驱动电压123，电动机3再次开始正转，因此锤52和53也开始正转。 在正转时，由于锤52和53再次移动并接近砧61的打击爪64和65，因此，旋转在无负载的状态下执行，并且锤52和53的旋转角度明显地增大(由箭头103指示)。
接下来，当锤52和53的旋转角度的增大量在时间t4已达到阈值c时，停止向电动机3供应正转驱动电压123。该停止时间接近电动机3的旋转速度达到最大速度的时间。 锤52和53与打击爪64和65强烈地碰撞,并且利用该碰撞产生大于打击扭矩111的大打击扭矩112。理想的是，锤52和53应该在增大量已达到阈值c的时间t4与砧61的打击爪64和65相碰撞。由于电动机3的正转驱动如上文所述在接近锤52和53打击砧61的时刻停止，因此在打击时，锤52和53 ( 二级行星齿轮托架组件51)借助惯性而旋转，并且锤 52和53可以仅利用二级行星齿轮托架组件51的惯性打击砧61。因此，能够抑制向电动机 3供应过大的电流，并且可以实现高效的打击操作。“打击时间”这一表述不仅可以表示与打击时间一致的时间，还可以表示稍微提前于打击时间的时间或者稍微滞后于打击时间的时间。由于没有使用专门的位置传感器精确地检测打击时间之前的砧61相对于锤52和53 的位置，因此难以精确地控制位置。因此，仅应当在至少产生打击扭矩的时间段(时间t4 到时间t5)的几乎整个期间内获得停止向电动机3供应正转驱动电压123的状态。
当在时间t4执行打击时，在打击扭矩消失的时间t5时开始向电动机3供应反转驱动电压124，并且锤52和53开始反转(如箭头104所指示)。当锤52和53已反向旋转了阈值c时，将电动机3的驱动电压切换为正转驱动电压125。通过供应正转驱动电压 125 (如箭头105指示)，电动机3再次沿正转方向旋转。当锤52和53的旋转角度的增大量在时间t7已达到阈值c时，停止向电动机3供应正转驱动电压125。在与该停止时间几乎相同的时间，锤52和53与站61的打击爪64和65相碰撞。因此,此后重复执行与从时间t4到时间t7的时间段里所执行的控制相同的控制。更具体地说，重复向电动机3供应反转驱动电压126和128、向电动机3供应正转驱动电压127和129以及停止向电动机3供应驱动电压(在时间tlO和时间tl3)，以执行打击操作，从而完成了对诸如螺栓等待紧固部件的紧固。当操作员在时间tl5释放触发开关8时，紧固结束。然而，紧固的结束不限于操作员对触发开关8的释放操作。可以使用以下构造额外安装用于检测砧61所施加的紧固扭矩的公知传感器(未示出)，并且当紧固扭矩的值已达到预定值时，计算单元71强制停止向电动机3供应驱动电压。
图7D是示出流入电动机3的电流的大小的示意图。根据该图能够理解，在与刚刚供应各个正转驱动电压121、123……之后或刚刚供应反转驱动电压122、124……之后产生的启动电流对应的电流部分电流值大。
在本示例性实施例中，在仅需要小的紧固扭矩的紧固初始阶段，以连续驱动模式执行旋转。当所需紧固扭矩已增大时，以间歇驱动模式紧固螺钉或螺栓。此外，由于根据基于旋转位置检测装置的输出而获得的旋转角度精确地控制锤的沿正转方向和反转方向旋转的旋转 角度，因此可以生产出以高效和减少功耗浪费为特征的冲击工具。此外，由于在接近锤52和53打击砧61的时刻停止向电动机3供应驱动电压，然后锤仅利用锤的惯性能量打击砧，因此可以高效地执行打击。此外，冲击工具的效果还在于，在待紧固的对象是螺栓或螺母的情况下，可以减小在打击之后传递至操作员的手的反作用力。
接下来，参考图8所示的流程图对使用计算单元71控制电动机3的旋转的过程进行描述。当触发开关8被拉动时，流程图中所示的控制旋转的过程开始。此外，可以利用包含在计算单元71中的微型计算机(未示出)借助软件执行程序，来完成控制旋转的过程。
当触发开关8被拉动时，计算单元71开始计算锤52和53的旋转角度变化率(= Δ Θ/At)，同时，向电动机3施加正转驱动电压(步骤201和步骤202)。从而，电动机3 开始沿正转方向旋转，锤52和53与砧61 —体地旋转，并且开始紧固诸如螺栓等待紧固的对象。当待紧固的对象就位在待由该对象固定的部件上时，在从图7A中的时间tl到时间 t2的时间段里,旋转角度的变化率随着施加在对象上的载荷的增大而明显地减小。从而, 计算单元71判断在短周期里计算出的旋转角度变化率是否已变得小于预定的阈值a (步骤203)。在变化率已变小的情况下，停止向电动机3施加正转驱动电压(步骤204)，并且重置旋转角度变化率的计算值(步骤205)。在步骤203中，在旋转角度的变化率等于或大于阈值a的情况下，过程返回步骤202。
然后，锤52和53(在从图7A中的时间t2到时间t3的时间段里)反向旋转，从而准备进行下一次打击操作。此时，开始计算锤52和53沿反转方向的旋转角度(步骤206和步骤207)。接下来，对旋转角度变化率是否已变得小于预定的阈值c进行判断(步骤208)。 在变化率已变大的情况下，停止施加反转驱动电压(步骤208和步骤209)。这里将阈值c 设定为使得锤52和53与砧61分离足够的旋转角度，并且将不会在反转方向上执行打击的足够的角度值设定为阈值C。此外，可以根据沿反转方向的旋转角度调节在打击之前的锤的接近区。因此，仅应当根据所需打击扭矩的大小来设定阈值C。
然后，重置沿反转方向的旋转角度的计算值(步骤210)，开始计算锤52和53沿正转方向的旋转角度和旋转角度的变化率(步骤211和步骤212)，并且施加正转驱动电压 (步骤213)。由于通过开始施加正转驱动电压来使电动机3开始沿正转方向旋转，因此锤 52和锤53接近砧61的打击爪64和65。下面，将参考图9对步骤208和步骤214中用于确定供应反转驱动电压和正转驱动电压的时刻的方法进行描述。
图9(9A、9B)是示出从转子位置检测电路74输出并用于控制电动机3的检测到的脉冲的波形，还示出了施加在电动机3上的电压的施加状态的示意图。图9A和图9B中的水平轴表示时间t，并且两个水平轴示出为彼此对齐并具有相同的时刻。根据本示例性实施例的用于电动机3的霍尔IC(旋转位置检测装置78)以作为旋转角度的60度的间隔设置 。 在这种情况下，每个脉冲301、302……在电动机3的转子3a每旋转60度的时间产生。在假设行星齿轮减速机构20的减速比为1: 15的情况下，相当于转子3a的旋转角度的60度角与作为锤52和53的旋转角度的4度角对应。
从而，在假设本示例性实施例的锤52和53的旋转角度的阈值c大约为24度的情况下执行控制，从而如图9B所示，在产生六个脉冲301至306的时间段内供应反转驱动电压315并且在产生六个脉冲307至312的时间段内供应正转驱动电压316。通过如上文所述地检测用于电动机3的旋转位置检测装置78所检测到的脉冲，计算单元71能够容易地判断锤52和53的旋转角度是否已达到阈值C。尽管在图9所示的实例中旋转角度的阈值 c被设定为大约24度，然而，可以根据需要设定阈值c的大小。在图3和图4所示的锤形状的情况下，可以将阈值c最大设定为大约120度。在将阈值c设定为120度的情况下，在产生40个脉冲的时间段里，电动机3应当仅沿反转方向旋转，然后在下一个产生40个脉冲的时间段里，电动机3应当仅沿正转方向旋转。由于计算单元71在所有时刻监视着脉冲的产生(诸如脉冲301至312)，因此计算单元71的微型计算机能够容易地控制锤52和53的反转角度和正转角度。
再次参考图8，在步骤213中在供应正转驱动电压之后的正转角度已超过阈值c的情况下，停止供应正转驱动电压(步骤215)。在与该停止时刻几乎相同的时刻，正在加速的锤52和53与砧61相碰撞，并且沿正转方向产生了强的打击扭矩(在图7A中的时间t4)。 然后，借助锤52和53的惯性，锤52和53与砧61 (在图7A中的时间t4到时间t5的时间段里)一体地旋转。
接下来，为了检测借助锤52和53的惯性的打击的完成(旋转的完成)，对旋转角度变化率是否已变得小于阈值a进行判断(步骤216)。在旋转角度变化率等于或大于阈 值a的情况下，过程返回步骤215。在旋转角度变化率已变得小于阈值a的情况下，重置旋 转角度变化率的计算值和相对旋转角度的计算值(步骤217和步骤218)，并且过程返回步 骤206以准备进行下一次打击操作。重复上述操作，直到操作员释放触发开关8。因此，完 成对螺栓等的紧固。
尽管在本示例性实施例的步骤216和步骤203中使用相同的阈值(阈值a)，然而， 可以设定不同的阈值，即，可以在连续驱动模式下设定阈值al，在间歇驱动模式下设定阈值 a2。类似地，尽管在步骤214和步骤208中使反转的角度(反转角度)的阈值cl与正转的 角度(正转角度)的阈值c2相等，然而，可以为反转和正转使用各自的阈值。
第二示例性实施例
接下来，参考图10(10A、10B)对根据本发明的第二示例性实施例进行描述。参考 图10，第二示例性实施例与第一示例性实施例的相同之处在于，使用转子位置检测电路74 检测到的脉冲控制供应反转驱动电压415和正转驱动电压417的时间段，检测到的脉冲用 于对使用锤52和53的旋转角度控制电动机3进行控制。然而，第二示例性实施例的特征 在于设置恒定的停歇期416 (停止向电动机3的定子3b供应驱动电压的时间段)，以代替从 供应反转驱动电压415立刻切换到供应正转驱动电压417。
为了将锤52和53的旋转角度的阈值c设定为大约24度，转子3a需要在产生六 个脉冲401至406的时间段里沿反转方向旋转。然而，执行控制，使得在从反转切换到正 转之前直接设置恒定的停歇期416以加速停止反转驱动电压415的供应，以此代替在整个 时间段里供应反转驱动电压415。在停歇期416期间，电动机3借助惯性旋转。然后，执行 控制，以便在产生脉冲407的时刻开始供应正转驱动电压417，从而在产生六个脉冲407至 412的时间段里向电动机3供应正转驱动电压417。在图10所示的实例中，由于如上文所 述在从反转切换到正转之前直接设置具有恒定长度b的停歇期416，因此，可以减小从反转 切换到正转时的用于制动控制的电功率的量。
尽管已经以旋转角度的阈值c为大约24度为例解释了第二示例性实施例，然而， 可以将阈值c的值设定为期望的值。此外，可以单独地设定反转(反转驱动电压的供应时 间段415和停歇期416的总和)的角度的阈值Cl和正转的角度的阈值c2。此外，可以执行 控制，使得在充分提前于锤52和53打击砧61的时刻(例如，如图10所示在脉冲412产生 时的时刻)停止正转驱动电压417的供应。
第三示例性实施例
接下来，参考图11和图12对驱动根据本发明第三示例性实施例的冲击工具I的 方法进行描述。图11(11A、11B、11C、11D、11E)是示出当电动机3受驱动控制时的电动机旋 转速度、PWM控制占空、打击扭矩、锤旋转角度和电动机电流的状态的示意图。图1lA至图1lE的五幅图的水平轴表示经过的时间t (秒)，并且如图所示，各幅图的水平轴的刻度彼此 对齐。根据第三示例性实施例的冲击工具I构造为砧61与锤52和53能够在小于180度 的旋转角度的范围内相对旋转。因此，锤52和53不能相对于砧61旋转半周或更多，并且 对旋转的控制变得特殊。
在选择“冲击模式”作为冲击工具I的操作模式以进行紧固情况下，在图从IlA中 的时间tO'到时间t2'的时间段里，以“连续驱动模式”执行紧固。当所需的紧固扭矩的值变大时，在从时间t2'到时间tl3'的时间段里将模式切换为“间歇驱动模式”并且执行紧固。在连续驱动模式下，计算单元71基于电动机3的目标旋转速度控制电动机3。从而， 电动机3加速，直至其旋转速度达到目标旋转速度Nt，并且使砧61在被锤52和53推压并与之结合为一体的同时旋转。此后当来自安装在砧61上的工具头的紧固反作用力在时间 tr变大时，从砧61传递至锤52和53的反作用力变大，因而电动机3的旋转速度逐渐减小。计算单元71检测电动机3的旋转速度的减小，并且在时间t2'开始以间歇驱动模式进行驱动以使电动机3沿反转方向旋转。
图1lA是示出电动机3的旋转速度500的示意图。在该图中，符号+表示正转方向(与目标旋转方向相同的方向)，而符号-表不反转方向(与目标旋转方向相反的方向)。 竖直轴表示电动机3的旋转速度(单位rpm)。当触发操作部分8a被拉动并且电动机3在时间tO'启动时，执行控制，使电动机3在旋转速度达到目标旋转速度Nt之前加速，然后， 电动机3以恒定速度，即箭头501所指示的目标旋转速度Nt旋转。
然后，诸如螺栓等待紧固的对象就位，锤52和53的旋转角度的变化率明显地减小，并且电动机3的旋转速度逐渐地减小。在从时间tl'到时间t2'的时间段里，在检测出旋转角度变化率已变得小于预定的阈值之后，计算单元71停止向电动机3供应正转驱动电压，并且通过切换选择以“间歇驱动模式”对电动机3进行旋转控制。在时间t2'，开始向电动机3供应反转驱动电压。通过从计算单元71 (参见图6)向控制信号输出电路73 (参见图6)发送负驱动信号来执行反转驱动电压122的供应。通过切换从控制信号输出电路 73输出至开关装置Ql至Q6的驱动信号(0N/0FF信号)的模式来实现电动机3的正转和反转。在使用逆变电路72的电动机3的旋转驱动中，所施加的电压不会从正值变成负值，而只是改变了供应至线圈的驱动电压的顺序。
通过供应反转驱动电压使电动机3开始反转，从而锤52和53也开始反转(如箭头502指示)。在该反转期间，由于锤52和53远离砧61的打击爪64和65而移动，所以旋转在无负载的状态下执行，因此锤52和53沿反转方向明显地旋转。然后，在重复正转和反转的同时执行打击操作。在以箭头502指示的从时间t2'到时间t4'的时间段和以箭头504指示的从时间t7'到时间t9'的时间段里执行电动机3的反转驱动，并且在以箭头 503指示的从时间t4'到时间t7'的时间段和以箭头505指示的从时间t9'到时间tl2, 的时间段里执行正转驱动。
图1lB是示出用于电动机3的PWM控制的占空比510的示意图。以O至100%的占空比驱动预定的开关装置。在第三示例性实施例中，不仅在当电动机3于时间tO'启动时执行控制，而且在切换旋转方向的同时启动电动机时(即时间t2'、t4' ΛΤ和t9') 执行控制。在咐间t2'、tf ΛΤ和t9'，执行控制，使得占空比从0%逐渐增大至100%， 从而避免了因切换旋转方向的控制而产生的电动机3的任何不稳定的控制状态。此外，在第三示例性实施例中，在占空比已逐渐地从0%增大至例如大约40%的预定比例之后，仅在预定的时间段里将占空比限制为限制值(< 100% )。在经过预定的时 间段tMm之后解除该限制，并且占空比再次逐渐地增大，直至100%。优选的是执行控制，使得占空比的增大速率AD/At此时变为预定值Dur。
图1lC是示出当锤52和53打击砧61时所产生的打击扭矩的示意图。尽管在沿正转方向驱动的电动机的旋转速度减小的时间段里(从时间tl’到时间t2')产生弱的打击扭矩521，但是，在锤52和53沿反转方向旋转然后沿正转方向旋转之后，当锤52和53 在时间t6'和tl2'打击砧61时产生强的打击扭矩。图中的示出了这些状态的波形与打击扭矩522和523对应。
图1lD是示出锤52和53的旋转角度530，即二级行星齿轮托架组件51的旋转角度的示意图。竖直轴表示锤52和53的旋转速度(单位rad)。计算单元71周期性地获取以“连续驱动模式”旋转的锤52和53的旋转角度变化率(=Λ θ / Λ t)，并监视该变化率。由于转子位置检测电路74基于旋转位置检测装置78的输出信号以预定的间隔将检测到的脉冲输出至计算单元71，计算单元71可以通过监视检测到的脉冲的数量计算锤52和 53的旋转角度变化率。在第三示例性实施例中，由于诸如霍尔IC等旋转位置检测装置78 以相当于旋转角度的60度的间隔设置，因而，从转子位置检测电路74输出的检测到的脉冲以作为转子3a的旋转角度的60度的间隔输出。此外，转子3a的旋转速度通过行星齿轮减速机构20以预定的减速比(在第三示例性实施例中为1: 15)减小，因此，旋转位置检测装置78检测到的脉冲以作为锤52和53的旋转角度的4度间隔输出。从而，计算单元71 可以通过对由转子位置探测电路74检测到的脉冲进行计数来检测锤52和53相对于砧61 的相对旋转角度。
在采用连续驱动模式的从tO'到tl'的时间段里，由于电动机3的旋转速度几乎恒定，因此，旋转角度变化率变得几乎恒定。在从时间t2'到时间t4'的时间段里，执行以箭头531所指示的反转。当锤52和53的旋转角度的减小量在时间t4'已达到预定的空转角度c'时，开始向电动机3供应正转驱动电压。通过供应正转驱动电压，电动机3再次开始正转，因此如箭头532所指示，锤52和53也开始正转。在正转的该时间里，由于锤52和 53再次移动并接近砧61的打击爪64和65，因此，旋转在无负载的状态下执行并且锤52和 53的旋转角度明显地增大。
接下来，当锤52和53的旋转角度的增大量在时间t6;已达到用作阈值的空转角度c'时，停止向电动 机3供应正转驱动电压。该停止时间接近电动机3的旋转速度达到最大速度的时间。锤52和53与打击爪64和65强烈地碰撞,并且利用该碰撞产生大于打击扭矩521的大的打击扭矩522。理想的是，锤52和53应该在增大量已达到空转角度V 的时间t6与站61的打击爪64和65相碰撞。由于电动机3的正转驱动如上文所述在接近锤52和53打击砧61的时刻停止，因此在打击时，锤52和53 ( 二级行星齿轮托架组件51) 借助惯性而旋转，并且锤52和53可以仅利用二级行星齿轮托架组件51的惯性打击砧61。 因此，能够抑制向电动机3供应过大的电流，并且可以实现高效的打击操作。“打击时间”这一表述不仅可以表示与打击时间一致的时间，还可以表示稍微提前于打击时间的时间或者稍微滞后于打击时间的时间。由于没有使用专门的位置传感器精确地检测打击时间之前的砧61相对于锤52和53的位置，因此难以精确地控制位置。因此，仅应当在至少产生打击扭矩的时间段(从时间t6’到时间t7’ )的几乎整个期间内获得停止向电动机3供应正转驱动电压的状态。
当在时间t6’执行打击时，在打击扭矩消失的时间t7’时开始向电动机3供应反转驱动电压，并且锤52和53开始反转(如箭头504所指示)。当锤52和53已反向旋转了空转角度c'时，将电动机3的驱动电压切换为正转驱动电压。通过供应正转驱动电压 (如箭头534指示)，电动机3再次沿正转方向旋转。当锤52和53的旋转角度的增大量在时间tl2’已达到空转角度c’时，停止向电动机3供应正转驱动电压。在与该停止时间几乎相同的时间，锤52和53与站61的打击爪64和65相碰撞。因此,此后重复执行与从时间t2’到时间t7’的时间段里所执行的控制相同的控制。更具体地说，重复向电动机3供应反转驱动电压、向电动机3供应正转驱动电压以及停止向电动机3供应驱动电压(在从时间tl2’到时间tl3’的时间段里)，以执行打击操作，从而完成了对诸如螺栓等待紧固部件的紧固。当操作员在时间tl3’释放触发操作部分8a时，紧固结束。然而，紧固的结束不限于操作员对触发操作部分8a的释放操作。可以使用以下构造额外安装用于检测砧61 所施加的紧固扭矩的公知传感器(未示出)，并且当紧固扭矩的值已达到预定值时，计算单元71强制停止向电动机3供应驱动电压。
图1lE是示出流经电动机3并由电流检测电路79检测·出的电流值540的示意图。 通常而言，电动机3启动时产生的冲击电流变大，并且有时超出恒速旋转期间得到的电流值十倍。因此，经常采用诸如使占空比从低值起逐渐增大等对策来减小启动时的冲击电流。 然而，利用根据第三示例性实施例的控制，可以限制从时间t2'到时间t3'、从时间t4' 到时间t5'、从时间t7'到时间t8'以及从t9'到时间tlO,的时间段里的电流。尽管在使用逆变电路72的电动机3的旋转控制中，由电流检测电路79检测出的电流值不会变为+和-值，但为了便于说明，假设在电动机3沿正转方向旋转时流动的电流具有正的电流值，而在电动机沿反转方向旋转时流动的电流具有负的电流值。
如上文所述，在第三示例性实施例中，在仅需要小的紧固扭矩的紧固初始阶段，以连续驱动模式执行旋转。当所需的紧固扭矩已增大时，以间歇驱动模式紧固螺钉或螺栓，从而可以有效且迅速地执行紧固。此外，由于根据基于旋转位置检测装置的输出而获得的旋转角度精确地控制锤的沿正转方向和反转方向旋转的旋转角度，因此可以生产出以减少功耗浪费为特征的冲击工具。此外，由于在接近锤52和53打击砧61的时刻停止向电动机3 供应驱动电压，然后锤仅利用锤的惯性能量打击砧，因此，冲击工具能有效地减小打击之后传递至操作员的手的反作用力。
接下来，参考图12所示的流程图对使用计算单元71控制电动机3的旋转的过程进行描述。当触发操作部分8a被拉动时，流程图中所示的控制旋转的过程开始。此外，可以利用包含在计算单元71中的微型计算机(未示出)借助软件执行程序，来完成控制旋转的过程。
当触发操作部分8a被拉动时,计算单元71开始计算锤52和53的旋转角度的变化率(=Δ Θ/At)(步骤601)，并且以预定的占空比向电动机3施加正转驱动电压(步骤 602)。从而，电动机3开始沿正转方向旋转，锤52和53与砧61 —体地旋转，并且开始对螺栓等的紧固。
计算单元71判断在短周期里计算出的电动机3的旋转角度变化率Λ Θ / At是否已变得小于预定的阈值a(步骤603)。当待紧固的对象处于就位在由该对象所固定的部件上(在图1lA中从时间tl'到时间t2'的时间段里所得到的状态)时，旋转角度变化率 Δ Θ/At变得小于阈值a。从而，计算单元71停止向电动机3施加正转驱动电压(步骤 604)并且重置旋转角度变化率的计算值(步骤605)。在步骤603中，在旋转角度的变化率等于或大于阈值a的情况下，过程返回步骤602。
然后，开始计算锤52和53沿反转方向的相对旋转角度(步骤606)，并且电动机3开始反转以使锤52和53沿反转方向旋转(步骤607)，从而准备进行下一次打击操作。此 时，占空比从0%逐渐增大至100%。然而，仅在电动机3开始反转之后的预定的时间段tMm 里将占空比的上限设定为Drim(% )(步骤608)。用作阈值的上限Drim仅应被设定在例如 大致从10%至70%的范围内。在第三示例性实施例中，Drim被设定为40%。
接下来，对是否已经经过占空比受到限制的时间段tMm进行判断(步骤609)。在 还没有经过该时间段的情况下，过程返回步骤608。在已经经过时间段tMm的情况下，解除 对占空比的限制，并且占空比基于目标旋转速度以上升率Dur (%/秒)上升至100% (步 骤 610)。
接下来，对锤52和53的反转角度是否已达到或超过预定的角度(空转角度c') 进行判断(步骤611)。在反转角度尚未达到空转角度c'时，过程返回步骤610。在反转角 度已变得等于或大于空转角度V时，控制部分70停止向电动机3施加反转驱动电压(步 骤612)。这里将空转角度c'设定为使得锤52和53与砧61分离足够的旋转角度，并且将 不会在反转方向上执行打击的足够的角度值设定为空转角度c'。此外，可以根据沿反转方 向的旋转角度调节在打击之前的锤的接近区。因此，仅应当根据所需打击扭矩的大小来设 定空转角度c'。
然后，重置沿反转方向的相对旋转角度的计算值(步骤613)，开始计算锤52和53 沿正转方向的相对旋转角度和旋转角度的变化率(步骤614和步骤615)，并且施加正转驱 动电压，以使电动机3开始正转(步骤616)。此时，占空比从0%逐渐增大至100%。然而， 仅在锤52和53开始正转之后的预定的时间段tMm里将占空比的上限设定为Drim(%)(步 骤617)。Drim仅应被设定在例如大致从10%至50%的范围内。在第三示例性实施例中， Drim被设定为40%,与在反转情况下的值相同。
接下来，对是否已经经过占空比受到限制的时间段tMm进行判断(步骤618)。在 还没有经过该时间段的情况下，过程返回步骤617。在已经经过时间段tMm的情况下，解除 对占空比的限制，并且占空比基于目标旋转速度以上升率Dur (%/秒)上升至100% (步 骤 619)。
接下来，对锤52和53的正转角度是否已达到或超过预定的角度(空转角度c') 进行判断(步骤620)。在正转角度尚未达到空转角度c'时，过程返回步骤619。在正转角 度已变得等于或大于空转角度V时，控制部分70停止向电动机3施加正转驱动电压(步 骤621)。在与该停止时刻几乎相同的时刻，正在加速的锤52和53与砧61相碰撞，并且沿 正转方向产生了强的打击扭矩(在图11中的时间t6')。然后，借助锤52和53的惯性， 锤52和53与砧61 (在图11中的时间t6’到时间t7’的时间段里)一体地旋转。
接下来，为了检测借助锤52和53的惯性的打击的完成(旋转的完成)，对旋转角 度变化率是否已变得小于阈值a进行判断(步骤622)。在旋转角度变化率等于或大于阈 值a的情况下，过程返回步骤621。在旋转角度变化率已变得小于阈值a的情况下，重置旋 转角度变化率的计算值和相对旋转角度的计算值(步骤623和步骤624)，并且过程返回步 骤606以准备进行下一次打击操作。重复上述操作，直到操作员释放触发操作部分8a。通 过该释放操作完成对螺栓等的紧固。
尽管在第三示例性实施例的步骤611和步骤620中使反转的角度(反转角度)的 空转角度与正转的角度(正转角度)的空转角度相等，然而，可以为反转和正转使用各自的阈值。此外，尽管在本示例性实施例中使用锤52和53的旋转角度来确定反转和正转的量， 然而，对反转和正转的量的确定不限于此，可以利用其反转时间或正转时间来确定这些量。 即使在这种情况下，也应当使用仅在紧接在切换电动机的旋转方向之后的预定的时间段里 将PWM控制的占空比限制为Drim的构造。
尽管已基于上述示例性实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述示例性实施 例，而是可以在不脱离其主旨的范围内作出各种修改。例如，砧和锤的形状是任意的。更具 体地说，只要砧和锤具有如下特征的结构，砧和锤可以具有除上述形状以外的形状砧和锤 不能相对于彼此连续转动(从而它们不能在旋转的同时互相爬越)并且在形成其打击面和 被打击面的同时可靠地获得小于180度或小于360度的预定的相对旋转角度。此外，尽管 在上述示例性实施例中描述了在紧固螺栓时所执行的控制，但是该控制也可以类似地应用 于紧固或松开(移除)木螺钉等。
此外，本发明还可以类似地应用于电动机的旋转不在正转和反转之间切换的冲击 工具，只要锤打击砧以使砧旋转即可。即使在锤沿正转方向连续旋转的情况下，通过在接近 锤打击砧的时刻停止向电动机供应驱动电压，也可以使功耗降低。
本发明提供下述示例性的、非限制性的方面
(I)在第一方面中，提供一种冲击工具，包括电动机，该电动机包括转子，定子， 以及检测装置，该检测装置检测所述转子的旋转位置；锤，该锤受所述电动机的驱动而旋 转；砧，该砧构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及输出轴，该输出轴与所述砧 连接；其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿正转方向旋转第 二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且基于旋转角度控制所述第一预定量和所述第二预 定量，所述旋转角度是基于所述检测装置的输出而获得的。
根据第一方面，冲击工具具有下述特征锤打击砧以使砧旋转，同时锤沿正转方向 和反转方向交替旋转，并且基于旋转位置检测装置的输出获得旋转角度，基于旋转角度控 制沿反转方向和正转方向旋转的锤的第一预定旋转量和第二预定旋转量。从而，能够将可 以进行锤与砧之间的相对旋转的整个行程(可移动范围)用于反转和加速，因此能够使锤 的加速时间段变长。因此，能够使锤的惯性能量变大，并且还能够使从输出轴获得的打击扭 矩变大。
(2)在第二方面中，提供根据第一方面的冲击工具，还包括控制部分，该控制部分 用于控制所述电动机的旋转，其中，在沿正转方向被连续驱动的锤的旋转角度变化率变得 小于预定值之后，所述控制部分开始使所述锤沿反转方向和正转方向旋转的间歇驱动控 制。
根据第二方面，在螺栓等就位之前的低载状态时，砧连续地旋转，因此能够快速地 紧固待紧固的对象。此外，由于能够以高的精度检测就位状态，因此，能够将连续驱动控制 快速地切换为间歇驱动控制。
(3)在第三方面中，提供根据第二方面的冲击工具，其中，所述控制部分存储所述 锤的反转开始位置，该反转开始位置是所述锤开始反转的位置，所述控制部分使所述锤沿 所述反转方向旋转然后沿正转方向旋转，并且在所述锤已再次到达接近所述反转开始位置 的区域之后，停止向所述电动机供应正转驱动电压。
根据第三方面，仅使用锤的惯性能量来打击砧，因此，能够使打击高效。如果在锤已到达反转开始位置之后沿正转方向连续地旋转，则砧不仅受锤的惯性能量驱动，还受来自电动机的旋转输出驱动，因此，能量损失变大。
(4)在第四方面中，提供根据第三方面的冲击工具，其中，计算所述转子的反转角度和正转角度，以便检测所述锤已到达接近所述反转开始位置的区域。
根据第四方面，能够利用现有的旋转位置检测装置的输出精确地检测锤的旋转位置，无需为锤额外提供旋转位置检测工具。
(5)在第五方面中，提供根据第四方面的冲击工具，其中，所述锤经由减速机构与所述电动机连接，并且通过将所述电动机的旋转角度与所述减速机构的减速比相乘来计算所述锤的正转角度和反转角度。
根据第五方面，能够以远高于转子的旋转角度检测精度的精度检测锤的旋转位置。
(6)在第六方面中，提供一种冲击工具,包括电动机；锤，该锤与所述电动机连接；砧，该砧由所述锤驱动旋转；以及控制部分，该控制部分用于控制所述电动机的旋转， 其中，所述锤打击所述砧以便旋转所述砧，并且在接近所述锤打击所述砧的定时，所述控制部分停止向所述电动机供应驱动电压。
根据第六方面，在使用打击砧以使砧旋转的锤的冲击工具中，控制部分在接近锤打击砧的时刻停止向电动机供应驱动电压，因此，锤能够仅使用锤的惯性能量来打击砧。因此，能够执行高效的打击。
(7)在第七方面中，提供根据第六方面的冲击工具，其中，所述控制部分通过使所述锤沿正转方向和反转方向交替旋转，使所述锤打击所述砧并使所述砧旋转。
根据第七方面，能够将可以进行锤与砧之间的相对旋转的整个行程用于反转和加速，能够使锤的加速时间段变长，还能够使从输出轴获得的打击扭矩变大。
(8)在第八方面中，提供根据第七方面的冲击工具，其中，在所述锤打击所述砧之前，所述电动机借助惯性而旋转。
根据第八方面，可以可靠地防止砧受到电动机的转动输出的驱动。因此，能够抑制打击时传递至冲击工具的外壳的反作用力，并且可以减少电能的损失。
(9)在第九方面中，提供根据第七方面的冲击工具，其中，当所述锤打击所述砧时， 停止向所述电动机供应驱动电压。
根据第九方面，能够抑制打击时传递至冲击工具的外壳的反作用力，并且可以减少电能的损失。
(10)在第十方面中，提供根据第八或第九方面的冲击工具，其中，利用用于检测所述电动机的旋转位置的传感器的输出检测所述锤的旋转角度，并且在所述锤已沿反转方向旋转预定角度之后，控制所述锤沿正转方向旋转与所述预定角度相等或稍小于所述预定角度的角度。
根据第十方面，在打击时能够可靠地停止向电动机施加驱动电压。
(11)在第^^一方面中，提供根据第十方面的冲击工具，其中，所述电动机经由齿轮与所述锤连接，并且所述电动机的旋转速度大于所述锤的旋转速度。
根据第十一方面，即使电动机小，也能获得大的输出扭矩。此外，能够以远高于电动机的转子的旋转精度的精度检测锤的旋转位置。
(12)在第十二方面中，提供一种冲击工具，包括电动机；锤，该锤受所述电动机 的驱动而旋转；砧，该砧构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及输出轴，该输出 轴与所述砧连接，其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿正转 方向旋转第二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且在紧接在切换所述电动机的旋转方向 以使所述锤沿反转方向或沿正转方向旋转之后的预定的时间段里，限制脉冲宽度调制控制 的占空比，使得所述脉冲宽度调制控制的占空比从0%起逐渐地增大，并且在所述占空比已 达到限制值之后，以所述限制值的占空比在所述预定的时间段里驱动所述电动机。
根据第十二方面，冲击工具具有下述特征锤打击砧以使砧旋转，同时锤沿正转方 向和反转方向交替旋转，并且在紧接在切换电动机的旋转方向之后的预定的时间段里限制 PWM控制的占空比。从而，能够在电动机沿正转方向和沿反转方向旋转的开始时间抑制过大 的电流。具体地说，由于紧接在切换电动机的旋转方向之后将PWM控制的占空比从O %起 逐渐地增大，因此能够使电动机的启动特性保持稳定。此外，在增大的占空比已达到极限值 之后，在极限值保持不变的预定时间段里驱动电动机，因此，可以抑制过大的电流流过电动 机。
(13)在十三方面中，提供根据第十二方面的冲击工具，还包括控制部分，该控制 部分用于控制所述电动机的旋转，其中，在触发器受拉动之后，所述控制部分使所述锤沿正 转方向被连续驱动，并且其中，在沿正转方向被连续驱动的锤的旋转角度变化率变得小于 预定值之后，所述控制部分执行使所述锤沿反转方向和正转方向旋转的间歇驱动控制。
根据第十三方面，在螺栓等就位之前的低载状态时，砧连续地旋转，因此能够快速 地紧固待紧固的对象。此外，由于能够以高的精度检测就位状态，因此，能够将连续驱动控 制快速地切换为间歇驱动控制。
(14)在十四方面中，提供根据第十三方面的冲击工具，其中，所述控制部分控制用 于驱动所述电动机的所述占空比，使得在切换所述锤的旋转方向之后的时间段tMm里限制 所述占空，并且在经过所述时间段tMm经过之后所述占空比逐渐地增大。
根据第十四方面，能够适当地调节电动机的旋转速度。
(15)在第十五方面中，提供根据第十四方面的冲击工具，其中，限制所述占空比的 时间段等于或短于所述电动机的正转驱动的时间段的一半或反转驱动的时间段的一半。
根据第十五方面，能够快速地将电动机加速到其目标旋转速度，而不会明显降低 电动机的加速性能。
(16)在第十六方面中，提供根据第十五方面的冲击工具，其中，在限制所述占空比 的时间段里，所述占空比被限制为50%。
根据第十六方面，能够有效地抑制流过电动机的启动电流的过度增大。
(17)在第十七方面中，提供根据第十二至第十六方面中任一方面的冲击工具，其 中，在所述间歇控制的时间段里，使用表示所述电动机的旋转位置的信号检测所述锤的反 转角度或正转角度。
根据第十七方面，能够利用现有的旋转位置检测装置的输出精确地检测锤的旋转 位置，无需为锤额外提供旋转位置检测工具。
(18)在第十八方面中，提供根据第十七方面的冲击工具，其中，所述锤经由减速机 构与所述电动机连接，并且通过将所述电动机的旋转角度与所述减速机构的减速比相乘来计算所述锤的所述正转角度和所述反转角度。
根据第十八方面，能够以远高于转子的旋转角度检测精度的精度检测锤的旋转位置。
权利要求
1.一种冲击工具,包括 电动机，包括 转子， 定子，以及 检测装置，其检测所述转子的旋转位置； 锤，其受所述电动机的驱动而旋转； 砧，其构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及 输出轴，其与所述砧连接； 其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿正转方向旋转第二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且 基于旋转角度控制所述第一预定量和所述第二预定量，所述旋转角度是基于所述检测装置的输出而获得的。
2.根据权利要求1所述的冲击工具，还包括控制部分，其用于控制所述电动机的旋转， 其中，在沿正转方向被连续驱动的锤的旋转角度变化率变得小于预定值之后，所述控制部分开始使所述锤沿反转方向和正转方向旋转的间歇驱动控制。
3.根据权利要求2所述的冲击工具， 其中，所述控制部分存储所述锤的反转开始位置，所述反转开始位置是所述锤开始反转的位置，所述控制部分使所述锤沿所述反转方向旋转然后沿正转方向旋转，并且在所述锤已再次到达接近所述反转开始位置的区域之后，停止向所述电动机供应正转驱动电压。
4.根据权利要求3所述的冲击工具， 其中，计算所述转子的反转角度和正转角度，以便检测所述锤已到达接近所述反转开始位置的区域。
5.根据权利要求1-4所述的冲击工具， 其中，所述锤经由减速机构与所述电动机连接，并且 通过将所述电动机的旋转角度与所述减速机构的减速比相乘来计算所述锤的正转角度和反转角度。
6.—种冲击工具,包括 电动机； 锤，其与所述电动机连接； 砧，其由所述锤驱动旋转；以及 控制部分，用于控制所述电动机的旋转， 其中，所述锤打击所述砧，以便旋转所述砧，并且 在接近所述锤打击所述砧的定时，所述控制部分停止向所述电动机供应驱动电压。
7.根据权利要求6所述的冲击工具， 其中，所述控制部分通过使所述锤沿正转方向和反转方向交替旋转，使所述锤打击所述石占并使所述站旋转。
8.根据权利要求7所述的冲击工具， 其中，在所述锤打击所述砧之前，所述电动机借助惯性而旋转。
9.根据权利要求7所述的冲击工具，其中，当所述锤打击所述砧时，停止向所述电动机供应驱动电压。
10.根据权利要求8或9所述的冲击工具， 其中，利用用于检测所述电动机的旋转位置的传感器的输出检测所述锤的旋转角度，并且 在所述锤已沿反转方向旋转预定角度之后，控制所述锤沿正转方向旋转与所述预定角度相等或稍小于所述预定角度的角度。
11.根据权利要求10所述的冲击工具， 其中，所述电动机经由齿轮与所述锤连接，并且所述电动机的旋转速度大于所述锤的旋转速度。
12.—种冲击工具，包括 电动机； 锤，其受所述电动机的驱动而旋转； 砧，其构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及 输出轴，其与所述砧连接， 其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿正转方向旋转第二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且 在紧接在切换所述电动机的旋转方向以使所述锤沿反转方向或沿正转方向旋转之后的预定的时间段里，限制脉冲宽度调制控制的占空比，使得所述脉冲宽度调制控制的占空比从0%起逐渐地增大，并且在所述占空比已达到限制值之后，以所述限制值的占空比在所述预定的时间段里驱动所述电动机。
13.根据权利要求12所述的冲击工具，还包括控制部分，其用于控制所述电动机的旋转， 其中，在触发器受拉动之后，所述控制部分使所述锤沿正转方向被连续驱动，并且其中，在沿正转方向被连续驱动的锤的旋转角度变化率变得小于预定值之后，所述控制部分执行使所述锤沿反转方向和正转方向旋转间歇驱动控制。
14.根据权利要求13所述的冲击工具， 其中，所述控制部分控制用于驱动所述电动机的所述占空比，使得在切换所述锤的旋转方向之后的时间段t—里限制所述占空，并且在经过所述时间段之后，所述占空比逐渐地增大。
15.根据权利要求14所述的冲击工具， 其中，限制所述占空比的时间段等于或短于所述电动机的正转驱动的时间段的一半或反转驱动的时间段的一半。
16.根据权利要求15所述的冲击工具， 其中，在限制所述占空比的时间段里，所述占空比被限制为50%。
17.跟权利要求12至16中任一项所述的冲击工具， 其中，在所述间歇控制的时间段里，使用表示所述电动机的旋转位置的信号检测所述锤的反转角度或正转角度。
18.根据权利要求17所述的冲击工具， 其中，所述锤经由减速机构与所述电动机连接，并且通过将所述电动机的旋转角度与所述减速机构的减速比相乘来计算所述锤的所述正转角 度和所述反转角度。
全文摘要
本发明公开一种冲击工具，包括电动机，该电动机包括转子，定子，以及检测装置，该检测装置检测所述转子的旋转位置；锤，该锤受所述电动机的驱动而旋转；砧，该砧构造为相对于所述锤旋转并且被所述锤打击；以及输出轴，该输出轴与所述砧连接；其中，通过在使所述锤沿反转方向旋转第一预定量之后使所述锤沿正转方向旋转第二预定量，使所述砧被所述锤打击，并且基于旋转角度控制所述第一预定量和所述第二预定量，所述旋转角度是基于所述检测装置的输出而获得的。
文档编号B25F5/00GK103009349SQ201110397500
公开日2013年4月3日 申请日期2011年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者益子弘识, 西河智雅, 高野信宏 申请人:日立工机株式会社